sobre el surgimiento y hundimiento de las islas...

lslands: en R.W. Oecker, T.L. Wright y P.H.Stauffer, editores, Vo\canism in Hawaii, vol. 1,U.S.G.S. Artículo Profesional 1350: 599-621.

Reynolds, R.W., OJ. Geist y M.O. Kurz. 1995.Physical vo\canology and structuraldevelopment of Sierra Negra volcano,Galápagos archipelago: Geological Society ofAmericaBulletin 107: 1398-1410.

Simkin, T., y Siebert, L. 1994. Vo\canoes of theWorld, Geoscience Press, Tucson, 349 p.

Steadman, O.W., T.W. Stafford, OJ. Oonahue yAJ.T. Jull. 1991. Chronology of Holocenevertebrate extinction in the Galápagos islands:Quatemary Research 36: 126-133.

Tilling, R.I. 1989. Vo\canic Hazards, AmericanGeophysical Union Short Course in Geology:Volumen 1, Washington, O.C., 123 p.

Robert Reynolds, Central Oregon CommunityCollege, Bend, Oregon, EE. UU.

SOBRE EL SURGIMIENTO Y HUNDIMIENTODE LAS ISLAS GALAP AGOS

Por: Dennis Geist

INTRODUCCION

La edad de surgimiento de cada una de las Islas Galápagos sobre el mar es un punto importanteen el desarrollo de modelos evolutivos para su biota terrestre única. Primero, la edad de surgimientode las islas más antiguas permite estimar cuando los organismos terrestres pudieron haber colonizadooriginalmente el archipiélago. Segundo, se requieren las edades individuales de las islas e islotesmenores para realizar avalúos cuantitativos de las tasas de colonización y diversificación dentro delarchipiélago. Francamente el surgimiento no es un problema geológico, dado que las islas constituyenun ambiente extremadamente dinámico -las líneas costeras que vemos en la actualidad son aspectostransitorios en un período geológico (y evolucionario). Sin lugar a dudas, las islas actualmenteaisladas estuvieron alguna vez conectadas, las montañas que en la actualidad están conectadas estabanseparadas, y las islas antiguas se han sumergido bajo el nivel del mar. Desafortunadamente, losdetalles del surgimiento, hundimiento, conección y aislamiento de las islas individuales son casiimposibles de reconstruir con certeza debido a que la mayor parte de la evidencia está bajo agua oenterrada bajo flujos de lava jóvenes. No obstante, es instructivo especular sobre estos temas, a fin dedirigir la serie de posibles aspectos que puedan suponerse.

SURGIMIENTO DE LAS ISLAS GALAP AGOS

En principio, la determinación de la edadde surgimiento de un volcán debería sersimple: uno identifica la lava subaérea másantigua de las relaciones geológicas ydetermina su edad usando isótoposradiogénicos. La realidad es que ninguno delos basaltos subaéreos más antiguos estánexpuestos en la actualidad en Galápagos, sinocubiertos por lavas más jóvenes. Para agravarel problema, es difícil fijar la fecha absoluta delos basaltos de Galápagos. Las lavas sonnotablemente pobres en potasio, el elemento

más útil para determinar la edad, y casi nuncapreserva material orgánico para fijar la fecha14c. Además, las técnicas paleomagnéticas noson útiles debido a que la mayor parte de laslavas expuestas en las islas tienen bastantemenos de 700.000 años. Estos problemas sonparticularmente difíciles en las islasoccidentales, y la estimación de sus edades desurgimiento puede hacerse por métodosindirectos, incluyendo la extrapolación de sustasas de crecimiento.

54

Noticias de Galapagos v.56 and 57, Versión en Español 1997

A fin de estimar el promedio al que crecenlos volcanes bajo el mar, es necesarioestablecer los varios mecanismos por loscuales ocurre el crecimiento (Figura 1). Aloccidente del archipiélago, los volcanesindividuales crecen y surgen sobre el mardebido a dos efectos principales. Primero,como la Placa de Nazca viaja sobre el puntocaliente de Galápagos, el suelo marino se elevadebido a la expansión terma!. Se hapronosticado que la hinchazón termal deGalápagos es sólo de 400 m de altura (Epp,1984). El suelo marino al oeste de Femandinaes de alrededor de 3.200 m de profundidad, demanera que es necesario que se acumulen en lahinchazón 2800 m de lava para formar unaisla. En realidad, se requiriría mucho másmagma, debido a que la lava erupciona de unvolcán oceánico, el peso extra causa que lacapa exterior de la tierra se hunda en el manto,formando una base profunda. Por ejemplo,Feighner y Richards (I 994) estiman que labase de la capa exterior es hasta 7 km másprofunda bajo Isabela de lo que es hacia eloeste: en otras palabras, por cada I km deelevación de un volcán, ocurren casi 4 km de"hundimiento". Pero los volcanes tambiénnacen desde abajo, de magmas que se congelandebajo de la tierra y de cristales depositadospor magmas durante su ascenso. Crisp (I984)estima que sólo el 20% del magma que penetrala capa exterior erupciona alguna vez devolcanes oceánicos, lo cual sugiere que parauna aproximación preliminar el hundimientode un volcán estaría balanceado por la adicióndel magma que no erupciona.

Para comenzar, Sierra Negra es un buenejemplo porque el trabajo de Reynolds etal.(I995) ha documentado completamente lasedades y volúmenes de las lavas, explotandouna técnica recientemente desarrollada pornuestro colega Mark Kurz que utiliza 3Hecosmogénico. La lava más antigua expuestaen Sierra Negra es de alrededor de 6.900 años,implicando que el volcán es vuelto a igualar(reemparejado) cada 7000 años. Por lasdeterminaciones de la edad y determinación enel campo de los volúmenes del flujo de lava, latasa de crecimiento de Sierra Negra es de casiIxl06 m3!año (1 '000.000 metros cúbicos!año). El volumen subaéreo de Sierra Negra es

6!

PUNTO CALIENTE DE GALAPAGOS

Figura 1. Ilustración esquemática de los diferentes factores quellevan al surgimiento y hundimiento de un volcán: 1) erupciónde la lava que forman los volcanes desde su superficie. 2) Comola litósfera oceánica pasa sobre el punto caliente Galápagos, seexpande debido al calor desde el punto caliente. 3) De acuerdoa como se enfrían las rocas magmáticas luego de una erupción yson llevadas lejos del puntos caliente, se contraen. 4) El peso delas rocas recientemente provoca que la litósfera océanica sehunda. 5) Una desconocida cantidad de magma es situada en elinterior del volcán, causando su expansión 6) El nivel del marcrece y cae, principalmente debido a los ciclos interglacial-

glaciales.

de casi 7 x 1011m\ de manera que el volcánprobablemente emergió hace menos de700.000 años. Históricamente (donde lasestimaciones son más exactas), Sierra Negraha erupcionado a una tasa diez veces mayor,siendo concebible que Sierra Negra emergierahace sólo 70.000 años.

A menudo se ha dicho\que Femandinatiene 700.000 años, pero esta es una malainterpretación, dado que nuestro único apremio(de paleomagnetismo) es que tiene menos de700.000 años; en mucho esto escompletamente incierto. El volumen subaéreode Femandina tiene aproximadamente 9 x lO"m3. Utilizando un promedio estimado deerupción de 3 x 106m3!año (Reynolds, 1994),Femandina podría haber crecido desde el niveldel mar hasta su tamaño actual en menos de300.000 años.

Indudablemente Alcedo es más viejo ymenos activo que los otros volcanesoccidentales. Rocas de hace tanto como150.000 años están expuestas en su superficie,

55


y se asume un promedio de crecimientoconstante que produce un surgimientoestimado de 200.000 a 300.000 años (Geist et.al., 1994). Es probable que este estimado seaconservador, debido a que Alcedo podría ser losuficientemente antiguo para haberse hundidopor otros mecanismos (ver más abajo), y lastécnicas utilizadas para estimar las edades desurgimiento de las islas más antiguas podríanser más apropiadas (Tabla 1).

Los otros volcanes occidentales son tanpoco conocidos que uno sólo puede especularsobre sus edades de surgimiento. Sobre labase de los promedios de erupción históricos,sus grandes altitudes, y su juvenil morfología,los Volcanes Wolf y Cerro Azul probable-mente emergieron aproximadamente al mismotiempo que Fernandina y, Darwin en una fechaintermedia entre Alcedo y Fernandina.

Es importante anotar que cada uno de losvolcanes de Isabela puede haber formado islasindividuales luego de su emergencia, perodespués se unieron con sus vecinos. Esto esparticularmente obvio en el Istmo Perry dondelas lavas muy jóvenes de Sierra Negra seplegaron sobre Alcedo, construyendo un istmode lavas a sólo unos pocos metros sobre elnivel del mar. La implicación es que lasespecies terrestres que habitan Sierra Negra yCerro Azul en la actualidad, pudieron haberevolucionado con largos períodos deaislamiento de poblaciones del norte deIsabela. Igualmente, las lavas muy jóvenesque conectan los Volcanes Ecuador y Wolfsugieren que el Volcán Ecuador originalmentepuede haber sido una isla aislada antes de quese formara un puente de lava. La evidencia esmenos cierta para los otros volcanes, pero esprobable que cada uno se levantara como unaisla separada por lo menos durante un tiempoluego de su surgimiento. Es posible que, comoel agua en el Canal Bolívar es poco profundapodría llenarse fácilmente con lava. Depende,por supuesto, de si los volcanes continuaránemitiendo lavas más rápidamente de lo que sehunden.

La edad de emergencia de la isla másantigua es apuntalada por dos formas de datos.Primero, las lavas subaéreas expuestas másantiguas que han sido fechadas con precisión

Tabla 1. Estimaciones de aflos de emergencia paravolcanes selectos de las Galápagos.

VolcánFemandinaWolfy Cerro AzulSierra Negra y DarwinAlcedoSantiagoRábidaPinzónSanta CruzFloreanaSanta FeSan CristóbalEspaflola

Mínimo60.000

Máximo300.000

70.000150.000770.000

1'000.0001'400.0002'200.0001'500.0002'800.0002'300.0002'800.000

700.000300.000

2'400.0002'500.0002'700.0003 '600.0003'300.0004'600.0006'300.0005'600.000

por la técnica de potasio-argón (recopiladamás recientemente por White et. al., 1993).Estos datos establecen una edad mínima deemergencia. La edad máxima puede serestimada utilizando un modelo de puntocaliente, donde se postula que cada volcánemergió primero donde está Fernandina ahora,y desde entonces han sido llevados a su actualposición por el movimiento de la Placa deNazca (37 mm/año: Gripp y Gordon, 1990).Los resultados de estas estimaciones para laisla más grande y para Alcedo están reportadosen la Tabla 1.

El estimado mayor puede ser sustencial-mente más grande que la edad real deemergencia, debido a que varios de losvolcanes pueden haber emergido bien aguasabajo de Fernandina. Muchas de las islasmenores, como Daphne Mayor, Champion ylas cuatro Guy Fawkes casi indudablementeemergieron bastante al este de Fernandina ytienen probablemente no más Qevarios cientosde miles de años. Alguna vez se pensó queEspañola y Santa Fe emergieron debido a unafalla en el levantamiento del suelo marino másantiguo (McBirney y Williams, 1969), perodesde entonces se ha mostrado que sonfragmentos de escudos volcánicos subaéreos,de manera que las edades de sus lavas tambiénreflejan edades mínimas de emergencia. Indu-dablemente existen algunos islotes menoresdebido al levantamiento tectónico de lavassubmarinas más antiguas, específicamenteBaltra, Seymour y Plazas. Al contrario deotros levantamientos menores en PuntaEspinoza, Bahía Urvina y Villamil, la mayorparte de las emergencias se debe enteramenteal volcanismo.

56


El factor final que es importante para laamergencia de islas e islotes es el cambio en elnivel del mar levantado por el glacial - ciclosinterglaciales. Los glaciales y capas de hielode la tierra han avanzado y retrocedido más de20 veces en los últimos 1.6 millones de años;en la actualidad estamos en la parteinterglacial del ciclo, ya que los glaciales estánen retirada. Al igual que los glaciales crecendurante un intervalo glacial, el agua de losocéanos se constituye en hielo y disminuye latemperatura total de los océanos, resultando enla contracción termal del agua de mar. Comoresultado de estos procesos complementariosdisminuye el nivel del mar y pueden emergermontañas submarinas antiguamente hundidas.Es dificil de predecir con exactitud la caída delnivel del mar debido a complicadasretroacciones. Los datos más pertinentes paralas Galápagos vienen de las Bermudas, quehan sido igualmente trasladadas desde grandistancia por efectos locales de los glaciales ycontinentes. El nivel del mar en las Bermudasse ha mostrado que fue de 130 (:1:1O) m hacemenos de 17.000 años, durante la últimaglaciación (Fairbanks, 1990). Este períodoglacial fue relativamente largo y fuesuperpuesto en un período más largo de caídaen el nivel del mar (debido a un ciclo deenfriamiento a largo plazo), de manera que esimprobable que el nivel del mar haya sidomenor en el pasado geológico reciente(últimos 10 millones de años). Essorprendente ver el mapa del glacialGalápagos (Figura 2). Entre otras cosas, unaserie de islotes separados por sólo algunoskilómetros de mar abierto extendidos desdeSantiago a Daphne Mayor y casiindudablemente Daphne Mayor y Santa Cruzestuvieron conectadas. Esta actual cordillerasubmarina es probablemente una fisuravolcánica que es parte del Volcán Santiago, ypresumiblemente es tan antigua como el últimomáximo glacial. Otro aspecto interesante esque Fernandina puede haber estado unida conel centro de Isabela, aunque esto es másincierto porque pudieron haber adicionessignificativas de lava en el Canal Bolívardurante los últimos 18.000 años. sin duda,otras montañas submarinas estuvieronexpuestas, varias de las cuales eran grandes.

Un aspecto potencialmente importante de losciclos glacial-interglacial en la vida de lasGalápagos es que se pensaba que el nivel delmar retrocede lentamente (por casi 100.000años) pero crece catastróficamente (por casi10.000 años) (Broeker y Denton, 1989).

Es interesante especular sobre el futuro.Se ha propuesto que las capas de hieloretrocederían aún más en los próximosdoscientos años debido a una antropógenaretención de calor de la luz solar en lasuperficie de la tierra. El derretimiento detodo el hielo de nuestro planeta provocaría queel nivel del mar se eleve 70 m. Esto ha sidopropuesto como un "super-interglacial",debido a que en la tierra no se ha visto un niveldel mar tan elevado en el pasado geológicoreciente. Tal elevación en el nivel del marcasi con seguridad aislaría el norte y sur deIsabela, posiblemente sumergiendo muchas delos islotes menores. Diseñar un calentamientoatmosférico impulsado por el uso actual delcombustible fósil sugiere un aumento de sólo70 cm durante los próximos 100 años(Oerlemans, 1989).

HUNDIMIENTO DE LAS ISLASGALAPAGOS

Dado que es bien conocido que las islasoceánicas en todo el mundo se hunden con laedad, fue fácil de predecir el importantedescubrimiento de Christie et. al. (1992) deuna isla sumergida de 100 millones de años aleste de San Cristóbal. Los volcanes se hundendebido a tres factores principaks: 1) erosión,2) curvatura de la litósfera oceánica por elpeso de los volcanes y, 3) contracción termalde la litósfera oceánica. Probablemente laerosión no es un factor significativo debido alclima árido de las Galápagos, al menos hastaque el volcán alcanza el nivel del mar y laerosión del oleaje se vuelve importante. Losflujos de lava de San Cristóbal con uno a tresmillones de años de antiguedad, tienen laapariencia de flujos frescos virtualmente sinformación de suelo (Geist et. al., 1986),indicando poca o ninguna erosión. Los únicosflujos que separan valles de importancia entodo el archipiélago están en el lado debarlovento de San Cristóbal. Debido a que el

57


'-O.~.

(J

o o

Ice Age Galápagos Archipelago~ ~~--

40 km

.

o.,

Figura 2. Mapa del propuesto "Glacial Galápagos". Este mapa fue elaborado perfilando los 130 m de profundidad de cartas de navegación

de todo el archipiélago (OMA 22547 Y lOA 2020 Y 21). Las regiones más oscuras representan el área de superficie adicional sobre el nivel

del mar durante periodos de máxima glaciación. Las regiones claras representan la disposición actual de las islas.

flujo-transporte de sedimentos es esencial parael desnudamiento, es improbable que ocurrieracualquiera erosión significativa en Galápagos.Igualmente, la curvatura no es importante deconsiderar, porque probablemente ocurre milesde años después de la última erupción.

Se conoce que el hundimiento del suelomarino debido a contracción termal esproporcional a la raiz cuadrada de su edad(t'/2). Los datos de elevación para los volcanesde Galápagos son consistentes con este modelo(Figura 3). Las elevaciones observadassugieren que los volcanes de Galápagos se

hunden en un promedio que puede ser descritopor la ecuación:

Elevación (en metros) = I 857-0.67*SQRT(edad en años).

Adicionalmente a los 10 millones de añosde edad que tienen las islas sumergidasdocumentadas por Christie et.al. (1992), lasmontañas submarinas del este hace tanto como18 millones de años pudieron haber sido islassi es que estas se hubiesen hundido a la mismavelocidad que las Galápagos actuales (Figura3).

58


4 9 16

E2000

1

~e1000 '" '"v '" '"a tf

o '" '"C+

Ó +n -1000 ++

(m) +

-2000o 1000 2000 3000 4000

Edad de Emergencia (millones de años)

Raiz Cuadrada de la Edad

Figura 3. Elevación de los volcanes versus la raiz cuadrada desus edades máximas (Tabla 1). De la inclinación de la línea deregresión puede calcularse el promedio de hundimiento de lasislas. No se usaron las montañas submarinas para ajustar lalínea de regresión.

Finalmente continúa la pregunta: ¿cuánantiguas es la más antigua isla de lasGalápagos? Se ha sugerido que el puntocaliente Galápagos se inició hace 80 y 90millones de años atrás (Duncan y Hargraves,1984), ¿cuál sería el máximo estimadorazonable de una edad para la isla másantigua? Se piensa que algunas de las rocasiniciales se encuentran en la actual IslaGorgona, Colombia y otras formaron el suelodel Mar Caribe. Sin embargo, deberíaenfatizar que no existe evidencia directa deque una o varias islas hayan estadoemergiendo continuamente por más de 10millones de años, pero ciertamente la idea esconcebible, probablemente más de lo esperado.

No solamente los movimientos de la placalleva las rocas a gran distancia del puntocaliente, sino que deben haber acercado aSudamérica más a las Galápagos, alrededor de3.4 cm/año. Asi, los 10 millones de años deedad de las proto-Islas Galápagos las colocan340 km más lejos de Sudamérica de lo queestán hoy dia, lo cual pudo haber afectado a lasespecies que pudieron colonizar las islasinicialmente.

Finalmente. deseo enfatizar que lamayoría de los estimados que aquí sepresentan dependen en gran medida de lascaracteristicas específicas de los modelos. Es

decir, las edades reportadas se basan en muypocos datos concretos, de manera que deberíanverse como estimados. El propósito ha sidopresentar una serie de posibilidades racionales,y los detalles de diagramas tales ya que lasFiguras 2 y 3 son ciertamente especulativas.No obstante, representan los estimados másrazonables a los que puedo llegar usando miactual entendimiento de las islas y de cómoactúan las islas oceánicas en general. Conmucho el más importante tema surgido es queel mapa de las Islas Galápagos cambianotablemente a escalas de tiempo de 10.000 a10'000.000 de años, y deberían tomar encuenta esto los modelos evolucionaríos.

RECONOCIMIENTOS

Agradezco a Dave Christie por su valiosarevisión y a John Woram por compartir suscartas de navegación. Este trabajo fueapoyado por una beca de la NationalGeographic Society. La aerolínea ecuatorianaTAME apoyó mi investigación proveyéndometarifas reducidas para los viajes a y desde lasGalápagos. Es muy apreciable la ayudaeditorial de Howard Snell.

LITERATURA CITADA

Broeker. W.S. 1989. The role of ocean-atmospherereorganizations in glacial cycles. Geochemicaet Cosmochimica Acta 53: 2465-250 l.

Christie, D.M., Duncan, R.A., McBimey, A.R.,Richards, M.A., White, W.M., Harpp, K.S. yFox, C.G. 1991. Drowned islands downstreamfrom the Galápagos hotspot imply extendedspeciation times. Nature 355: 246-248.

Crisp (1984). Rates of magma emplacement andvolcanic output. Journal of Volcanology andGeothermal Research 20: 177-211.

Defense Mapping Agency HydropgraphicTopographic Center, 1976. 22547, EastemApproach to Canal de San Salvador.Washington, D.C.

Duncan, R.A. y Hargraves, R.B. 1984. Platetectonic evolution of the Caribbean region inthe mande reference frame. Memoir of theGeological Society of America 162: 81-93.

Epp. D. 1984. Implications of volcano and swelJheights fot thinning of the lithosphere byhotspots. Joumal of Geophysical Research 89:9991-9996.

59


Fairbanks, R.G. 1989. A 17,000 - year glacio-eustatic sea level record: int1uence of glacialmelting rates on the Younger Dryas event anddeep-ocean circulation. Nature 342: 637-642.

Feighner, M.A. y Richards, M.A. 1994.Lithospheric structure and compensationmechanisms of the Galápagos Archipelago.Journal of Geophysical Research 99: 6711-6729.

Geist, D.J., McBirney, A.R. y Duncan, R.A. 1986.Geology and petrogenesis of lavas from SanCristóbal Island, Galápagos Archipe1ago.Geological Society of America Bulletin 97:555-566.

Geist, D., Howard, K.A., Jelibek, A.M. y Rayder, S.1994. The volcanic history of Volcán Alcedo,Galápagos Archipelago: A case study ofrhyolitic oceanic volcanism. Bulletin ofVolcanology 56: 243-260.

Gripp, A.E. y Gordon, R.G. 1990. Current platevelocities relative to the hotspots incorporatingthe NUVEL-1 global plate motion model.Geophysical Research Letters 17: 1109-1112.

Instituto Oceanográfico de la Arm,ada (INOCAR).1990. 2020, Aproximación a la Isla Seymour eIsla Baltra. Guayaquil, Ecuador.

McBirney, A.R. y WilIiams, H. 1969. Geologyandpetrology of the Galápagos Islands.Geological Society of America Memoria 118.

Oerlemans, J. 1989. A projection offuture sea levelchange. Climatic Change 15, 151-174.

Reynolds, R., Geist, D. y Kurz, M. 1995. Thevolcanic development of Sierra Negra volcano,Isabela Island, Galápagos Archipelago.Geological Society of America Bulletin: enimprenta.

Reynolds, R. 1994. GeologySierra Negra Volcano,Galápagos Archipelago.University of Idaho.

White, W.M., McBirney, A.R. y Duncan, R.A.1993. Petrology and geochemistry of theGalápagos Islands: Portrait of a pathologicalmantle plume. Revista de GeophysicalResearch 98: 19533-19563.

Dennis Gesit, Department o/ Geology andGeological Engineering, University o/Idaho,Moscow ID 83844, EE.UU.,[email protected].

and petrology ofIsabela Island,Tesis de PhD,

60


sobre el surgimiento y hundimiento de las islas...

Documents